Estimación de la presión asistida por subarmónicos (SHAPE) con contraste mejorado mediante imágenes de ultrasonido con un enfoque en la identificación de la hipertensión portal
December 5th, 2020
Se describe un protocolo para estimar de forma no invasiva las presiones ambientales utilizando imágenes de ultrasonido subarmónico de microburbujas de contraste infundidas (después de la calibración adecuada) con ejemplos de pacientes humanos con enfermedad hepática crónica.
Esta técnica está diseñada para medir presiones de forma no invasiva dentro del cuerpo. Es particularmente útil para monitorear las presiones en el corazón, para monitorear el tratamiento de cánceres y, en este proyecto en particular, para medir las presiones en el hígado. Para preparar el agente de contraste de ultrasonido, retire la tapa protectora del puerto de la jeringa de la espiga de quimioterapia y use una espiga de quimioterapia para perforar el tapón del primero de los tres viales del agente.
Agregue dos mililitros de agua estéril al vial e inmediatamente agite el vial durante un minuto. Cuando se haya obtenido un producto homogéneo, retire el producto en la jeringa. El agente de contraste ultrasónico reconstituido contiene microburbujas a una concentración de ocho microlitros por mililitro.
Después de repetir la reconstitución de los otros dos viales de la misma manera, use solución salina para llenar los tubos de conexión y conecte los tubos a una llave de paso de tres vías. Conecte la llave de paso al tubo de extensión que conduce a la cánula y conecte la jeringa directamente a la llave de paso. A continuación, monte la jeringa en una bomba de jeringa al mismo nivel o por debajo del paciente.
Para adquirir un conjunto inicial de imágenes de ultrasonido, encienda un escáner de ultrasonido y seleccione la sonda curvilínea C1-6-D. Seleccione un ajuste preestablecido de abdomen en el escáner. Utilice un abordaje subcostal y una matriz curvilínea para adquirir imágenes en escala de grises de las venas porta y hepática en el mismo plano de imagen y a profundidades similares.
Optimizar las imágenes en base a las buenas prácticas clínicas, cuidando de seleccionar la región de la vena hepática alejada de la vena cava inferior para evitar la influencia del flujo retrógrado. Después de la ecografía inicial, abra la llave de paso e infunda la solución salina a una velocidad de 120 mililitros por hora mientras se infunde conjuntamente el contraste a una tasa de 0,024 microlitros por kilogramo por minuto. Para activar la imagen de subarmónicos en el modo de pantalla dual, utilice el botón del panel táctil de contraste de subarmónicos para activar el modo de contraste.
Seleccione la modulación de amplitud de imagen subarmónica en el control giratorio. Realice imágenes subarmónicas a una frecuencia de transmisión de 2,5 megahercios y obtenga las señales recibidas a 1,25 megahercios. Confirmar la permeabilidad de las venas porta y hepáticas, así como la presencia de microburbujas, lo que puede tardar hasta uno o dos minutos desde el inicio de la perfusión.
Seleccione el análisis de la curva de intensidad de tiempo en el panel táctil seguido de F6 y K para compensar las diferentes profundidades y atenuaciones para activar el código de optimización automatizado SHAPE para optimizar las imágenes SHAPE. El algoritmo de optimización SHAPE adquirirá datos subarmónicos para cada nivel de salida acústica. Una vez completada la adquisición de datos, coloque una región de interés en la vena portal en la ventana de muestra de contraste.
Trace los datos subarmónicos promedio dentro de la región en función de la salida acústica y ajuste una curva logística a los datos. A continuación, seleccione el punto de inflexión de esta curva como potencia optimizada, ya que se ha demostrado que es el punto de mayor sensibilidad a la FORMA. Ajuste la potencia de salida acústica al valor del punto de inflexión para maximizar la sensibilidad de la SHAPE y adquirir datos subarmónicos de las microburbujas en segmentos de cinco a 15 segundos durante la infusión de la suspensión UCA.
Al diagnosticar la hipertensión portal en el hígado, la clave es visualizar las venas porta y hepática a la misma profundidad para minimizar el impacto de la atenuación. Después de una mejora del equilibrio inducida por UCA, se debe activar el algoritmo de optimización y se debe seleccionar una región de interés en la vena portal para producir curvas de selección de amplitud subarmónica y potencia de salida. En estas imágenes SHAPE de pacientes con y sin hipertensión portal clínica significativa, la principal diferencia visual es la marcada señal subarmónica presente en la vena hepática en el paciente con hipertensión que está ausente en el paciente sin hipertensión.
Tenga en cuenta que algunos pacientes presentan signos clínicos y de laboratorio de hipertensión portal, pero tienen valores de HVPG normales o cero. Esto puede atribuirse a una serie de variaciones anatómicas y/o vasculares, lo que da lugar a un diagnóstico incorrecto de SHAPE. Esta técnica no es invasiva, es segura y precisa.
Permite la adquisición de estimaciones de presión relativa y absoluta, y es algo que ninguna otra técnica de imagen puede hacer actualmente.
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Descripción general
Este artículo presenta un protocolo para la estimación de presión no invasiva utilizando imágenes de ultrasonido subarmónicas de microburbujas de contraste. La técnica es particularmente beneficiosa para monitorear presiones en el hígado, corazón y durante tratamientos contra el cáncer.
Componentes clave del estudio
Área de la ciencia
- Técnicas de imagen no invasivas
- Tecnología de ultrasonido
- Diagnóstico médico
Antecedentes
- Las imágenes de ultrasonido subarmónicas son un enfoque novedoso para la medición de presión.
- Las microburbujas sirven como agentes de contraste en imágenes de ultrasonido.
- Este método permite el monitoreo en tiempo real de las presiones internas.
- Tiene aplicaciones en varios campos médicos, incluyendo cardiología y oncología.
Propósito del estudio
- Desarrollar un método no invasivo para estimar presiones ambientales.
- Mejorar las capacidades de monitoreo en pacientes con enfermedad hepática crónica.
- Proporcionar un protocolo que pueda replicarse en entornos clínicos.
Métodos utilizados
- Preparación del agente de contraste de ultrasonido mediante la reconstitución de microburbujas.
- Calibración del sistema de imágenes para lecturas precisas de presión.
- Aplicación de la técnica en pacientes humanos.
- Monitoreo de presiones en varios órganos, particularmente el hígado.
Resultados principales
- Se obtuvieron mediciones exitosas de presión no invasivas.
- El método demostró confiabilidad en aplicaciones clínicas.
- Mejora de la comprensión de la dinámica de presión en la enfermedad hepática crónica.
- Potencial para aplicaciones más amplias en otras condiciones médicas.
Conclusiones
- El protocolo ofrece una herramienta valiosa para la estimación de presión no invasiva.
- Puede mejorar el monitoreo de pacientes y los resultados del tratamiento.
- La investigación adicional puede expandir sus aplicaciones en diferentes campos médicos.
Preguntas frecuentes
Executive Industry Relevance
Noninvasive, quantitative pressure estimation using subharmonic ultrasound imaging with microbubble contrast agents addresses a critical gap in translational research and preclinical model validation. SHAPE enables real-time, reproducible measurement of vascular pressures, supporting mechanistic de-risking and predictive confidence in disease-relevant systems such as portal hypertension. This capability enhances early discovery, target validation, and risk-adjusted portfolio advancement in biopharma R&D.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables direct interrogation of hemodynamic hypotheses in disease models.
- Supports functional target validation by quantifying pressure changes in response to interventions.
- Facilitates mechanistic de-risking by providing quantitative, noninvasive readouts.
- Improves predictive confidence for vascular and hepatic disease targets.
Screening & Assay Development
- Provides standardized, quantitative pressure measurements for assay development.
- Enables reproducible evaluation of compound effects on vascular pressures.
- Supports scalability and platform reuse across multiple preclinical models.
- Delivers reliable, real-time outputs for screening candidate interventions.
Translational & Preclinical Research
- Aligns pressure measurements with disease-relevant biomarkers in preclinical models.
- Ensures continuity from discovery through preclinical validation for vascular indications.
- Supports risk-adjusted advancement decisions based on quantitative endpoints.
- Provides mechanistic insight into intervention effects on portal hypertension.
Pipeline & Workflow Integration
SHAPE integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling hypothesis testing, quantitative readouts, and standardized analytics for vascular pressure endpoints.
- Discovery Biology: Supports hypothesis-driven interrogation of vascular mechanisms and pressure modulation.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative pressure outputs for compound evaluation.
- Analytics: Provides subharmonic amplitude measurements and logistic curve-based optimization for robust data comparison.
- Translational Research: Bridges discovery and preclinical validation with disease-relevant pressure biomarkers.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable, noninvasive platform for pressure estimation across multiple disease models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in vascular target validation.
- Operational Value: Standardizes pressure measurement workflows and enhances reproducibility.
- Strategic Value: Enables better go/no-go decisions and reduces late-stage biological risk.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of vascular and hepatic programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in ultrasound imaging and contrast agent handling.
- Needs access to subharmonic-capable ultrasound systems and analytical software.
- Demands cross-team standardization of imaging protocols and data analysis.
- May require adaptation for different anatomical sites or disease models.
- Diagnostic accuracy can be affected by anatomical or vascular variations in some subjects.
